氣候變暖將誘發(fā)地震，冰川消融是元兇

長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)際主流科學(xué)機(jī)構(gòu)（如IPCC、WMO）的多份報(bào)告明確指出，全球變暖通過(guò)改變大氣環(huán)流、海洋溫度和水分循環(huán)，顯著增強(qiáng)了極端天氣事件的頻率和強(qiáng)度，諸如干旱、熱浪和風(fēng)暴潮等自然災(zāi)害常常被歸因于此。而最近，有科學(xué)家發(fā)現(xiàn)氣候變暖還有可能增加地震風(fēng)險(xiǎn)。理由是，全球變暖會(huì)加速冰川融化，其融水滲入地下會(huì)顯著增加發(fā)生破壞性地震的風(fēng)險(xiǎn)。

阿爾卑斯山最高峰勃朗峰西北側(cè)約10公里處是大若拉斯峰，該峰終年為冰雪覆蓋，其北壁風(fēng)景壯麗、尤其險(xiǎn)峻，歷來(lái)受到登山愛(ài)好者追捧。但根據(jù)精確地震記錄數(shù)據(jù)，2015年的熱浪曾致使大若拉斯峰地區(qū)出現(xiàn)小規(guī)模的地震。雖然這些微震尚為釀成重大破壞，但小震頻也會(huì)提升強(qiáng)震概率，這卻是一個(gè)學(xué)界共識(shí)。蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院地震學(xué)家Toni Kraft與他的同事由此入手，探究了氣溫上升與地震發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)系。論文發(fā)表于Earth and Planetary Science Letters。[1]

大若拉斯峰北坡

圖源：Wiki

早在數(shù)十年前，科學(xué)家就已經(jīng)認(rèn)識(shí)到：巖層重壓下形成的高壓水是觸發(fā)地震的關(guān)鍵因素。其原理在于，液體滲入地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)，例如巖石孔隙、斷層和裂縫之中，水壓就會(huì)降低這些巖石結(jié)構(gòu)的有效正應(yīng)力，應(yīng)力降低到一定程度，就會(huì)導(dǎo)致滑移的發(fā)生。

2003年12月10日，臺(tái)東成功鎮(zhèn)附近發(fā)生震級(jí)6.8級(jí)地震，震源深度約10公里，造成東部地區(qū)建筑物損毀、山體滑坡，共造成1人重傷、14人輕傷。這次地震就被科學(xué)家認(rèn)為是與降雨存在季節(jié)性關(guān)聯(lián)。[2]

同樣的機(jī)制也存在于一些向深層地下注入高壓水的人類工程，例如水力壓裂開(kāi)采天然氣、廢水儲(chǔ)存及地?zé)峁こ痰取Ｃ绹?guó)俄克拉荷馬州在2014年共發(fā)生過(guò)585次3.0級(jí)或以上的地震。而在1978年到2008年之間，該州平均每年只發(fā)生1.6次此規(guī)模的地震。地質(zhì)學(xué)家認(rèn)為，地震很可能與把廢水注入深地層有關(guān)聯(lián)，而這些廢水有很大部分由水力壓裂作業(yè)而來(lái)。[3]

西班牙一場(chǎng)反水力壓裂活動(dòng)中的海報(bào)。水力壓裂存在諸多環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，除了本文述及的地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)外，水力壓力作業(yè)往往含有多種添加劑，部分添加劑對(duì)土壤和地下水可能造成毒害、污染。

除開(kāi)降雨和人類活動(dòng)，全球變暖致使山地冰川融化，同樣會(huì)向地下釋放水分。這正是新研究將氣候變化與地震風(fēng)險(xiǎn)上升聯(lián)系起來(lái)的主要邏輯基點(diǎn)。釜山國(guó)立大學(xué)地震學(xué)家金光熙指出，盡管具體過(guò)程尚未確證，但新研究正“通過(guò)多重證據(jù)表明巖石圈正在對(duì)氣候變化作出響應(yīng)。"

研究人員指出，勃朗峰地區(qū)的現(xiàn)有地震記錄已顯示清晰的季節(jié)性規(guī)律，這符合冰川的季節(jié)性消融情況。夏季末，冰川融水滲入巖層后微震活動(dòng)會(huì)趨于頻繁。而初春，由于冬季冰川融水的減少，微震活動(dòng)又逐漸減弱。研究主要作者之一Verena Simon解釋道："我們推測(cè)，當(dāng)融水多到足夠在山體中找到滲透通道，整個(gè)系統(tǒng)就達(dá)到了微震的臨界觸發(fā)點(diǎn)。"

Kraft的團(tuán)隊(duì)對(duì)地震記錄進(jìn)行放大分析，發(fā)現(xiàn)2015年的嚴(yán)重?zé)崂巳诨水?dāng)?shù)氐母呱奖w后，地震強(qiáng)度和頻率出現(xiàn)了突破季節(jié)規(guī)律的顯著躍升。這進(jìn)一步證明了Kraft等人的看法。

事實(shí)上，著名的勃朗峰隧道在施工時(shí)就已經(jīng)揭示水體在大若拉斯峰等山體內(nèi)部快速滲透的情況。二十世紀(jì)60年代初，勃朗峰隧道施工時(shí)曾遭遇滲水問(wèn)題，但這些滲水異常純凈，如果它們是緩慢滲透進(jìn)山體中的，則應(yīng)含有豐富礦物質(zhì)。水質(zhì)純凈，則證明它們滲透過(guò)山體的徑流速度極快。隧道工程還暴露出阿爾卑斯地區(qū)的造山運(yùn)動(dòng)所形成的眾多斷層，而這些構(gòu)造也恰恰成為了將融水輸送至震源區(qū)的“黃金通道“。

斯坦福大學(xué)地震學(xué)家William Ellsworth認(rèn)為，結(jié)合地震數(shù)據(jù)與阿爾卑斯山冰川消融情況建立模型，使得研究圖景"異常清晰"：高壓水快速滲入了靠近滑移臨界點(diǎn)的斷層，破壞了相對(duì)平衡的結(jié)構(gòu)，成為了"引發(fā)地震的最后一根稻草"。他強(qiáng)調(diào)到："本質(zhì)上，地球各處都處于相對(duì)臨界狀態(tài)。"

但蒙彼利埃大學(xué)地球動(dòng)力學(xué)家Philippe Vernant也指出，還需要積累更多年度的數(shù)據(jù)，并驗(yàn)證阿爾卑斯其他區(qū)域是否也存在類似的情況，才能確證氣候變暖與地震之間的關(guān)聯(lián)性。他補(bǔ)充道，該區(qū)域地震模式復(fù)雜，隧道工程引發(fā)的山體水文系統(tǒng)變化也可能是影響因素之一。

至于氣候變暖會(huì)不會(huì)使阿爾卑斯山地區(qū)的城鎮(zhèn)和建筑受到影響，Kraft持樂(lè)觀態(tài)度。他認(rèn)為阿爾卑斯地區(qū)理論最大震級(jí)為6級(jí)，而現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施多按此標(biāo)準(zhǔn)建造，不必過(guò)分擔(dān)心。但在其他存在大量冰川消融的地區(qū)，如喜馬拉雅山脈等地區(qū)，更大規(guī)模的冰川消融則可能導(dǎo)致更強(qiáng)的地震，因此該研究所揭示的機(jī)制應(yīng)當(dāng)為各地防震工作統(tǒng)籌考慮。

值得一提的是，此前也有研究從其他方面探究冰川消融與地震之間的聯(lián)系。2018年的一項(xiàng)研究顯示，加拿大的冰川灣國(guó)家公園附近的冰川消融情況，影響了該地區(qū)的地震發(fā)生模式。該研究認(rèn)為，原來(lái)覆蓋冰川的區(qū)域，在冰川消融后，該區(qū)域地質(zhì)結(jié)構(gòu)所承受的壓力減輕，地面會(huì)“回彈”，而地幔則會(huì)沿著回彈方向向上回流。研究人員將1920年以來(lái)的地震數(shù)據(jù)，與冰川消融的應(yīng)力模型進(jìn)行對(duì)比，認(rèn)為兩者之間存在影響關(guān)系。研究估計(jì)，在1770年后發(fā)生的震級(jí)大于5級(jí)的地震中，至少有23次是由冰川消融、變化所導(dǎo)致的。[4]

氣候變暖是毋庸置疑的。聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）第六次評(píng)估報(bào)告（AR6）明確給出了人類活動(dòng)對(duì)地球溫度的影響情況：“人為影響正在使得大氣、海洋和陸地變暖；相對(duì)于1850—1900年，人類活動(dòng)導(dǎo)致2010—2019年全球氣溫上升了1.07℃?！?/p>

但氣候變暖和各種自然災(zāi)害發(fā)生頻率之間的關(guān)系，一直是科學(xué)家們致力探索的目標(biāo)。在這類分析中，極端天氣氣候事件被視作是與氣候變暖聯(lián)系最緊密的。但是，自然界內(nèi)部的諸多聯(lián)系很多時(shí)候并沒(méi)有得到充分揭示，因而氣候變化影響的廣泛性有時(shí)候并沒(méi)有得到正確的估計(jì)。然而，大型自然災(zāi)害動(dòng)輒關(guān)系到千萬(wàn)人的生命，這方面的研究需要科學(xué)、公眾給予更多的重視。

參考文獻(xiàn)：

[1]https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012821X25001712

[2]https://scweb.cwa.gov.tw/zh-tw/liquefaction/details/190129

[3]https://explorer.aapg.org/story?articleid=22997

[4]https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2020JB020411